南極周極流のメソスケール現象が子午面循環に及ぼす影響とその力学機構の解明

南极绕极流中尺度现象对经向环流的影响及其动力机制的阐明

基本信息

批准号：
22KJ0042
负责人：
松田拓朗
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

気候変動、特に偏西風の変動に伴う南大洋の三次元循環の変動を明らかにするため、理想化したチャネルモデルを用いて南極周極流の応答を調べた。今日までの研究から風応力の変化は南極周極流の流量にあまり影響を与えないことが知られている（“渦飽和”と呼ばれる）。従来、中規模渦が渦飽和を担うと考えられてきたが、その物理プロセスは解明されていない。そこで、中規模渦を解像できる高解像度モデルと中規模渦を解像できない低解像度モデルを用いて、風の変化に対する感度実験を行った。この数値実験から、高解像度モデル、低解像度モデルともに南極周極流の流量は十分大きな風応力に対して鈍感であることを明らかにした。この結果は、従来の解釈に反して“渦飽和”において中規模渦は本質的でない可能性を示唆する。また、低解像度モデルの渦飽和状態は、境界条件に強い制約を受けることも明らかにした。高解像度モデルでさらに感度実験を行い、渦度輸送に伴う非線形効果とKdV方程式で記述される共鳴ロスビー波が“渦飽和”を担う可能性を明らかにして、“渦飽和”において非線形効果が重要であることを解明した。これらの非線形効果は低解像度モデルでも解像することが出来るため、低解像度モデルでも“渦飽和”することをよく説明することが出来る。以上の解析により、風応力に対する南極周極流の応答の物理プロセスを解明した。従来の研究で考えられていたように飽和状態の決定においてメソスケール現象が重要な役割を果たす一方、“渦飽和”そのものは非線形プロセスが重要であることが示唆された。2023年度は現実的な地形を用いたモデルを作成して、偏西風の変化が子午面循環を含む南大洋の三次元循環に及ぼす影響を解析する予定である。

为了阐明由于气候变化，尤其是西风的变化，我们使用理想化的通道模型研究了南洋的三维循环变化，尤其是西风的变化。迄今为止的研究已导致风应力的变化，对南极外周极流动的流速几乎没有影响（称为“涡旋饱和度”）。传统上，人们认为中型涡流负责涡流饱和，但是该过程的物理过程尚未澄清。因此，我们使用高分辨率模型进行了灵敏度实验，以解决中型涡流和无法解析中型涡流的低分辨率模型。该数值实验表明，在高分辨率和低分辨率模型中，南极外围极流的流速对足够大的风应力不敏感。该结果表明，与常规解释相反，中等涡流可能并不是“涡流饱和”。它还揭示了低分辨率模型中的涡流饱和状态受边界条件的强烈限制。使用高分辨率模型进行了进一步的灵敏度实验，以阐明与涡度传输和由KDV方程所描述的共鸣的Rossby波相关的可能性可能导致“涡旋饱和”，并阐明非线性效应在“涡流饱和度”中的重要性。这些非线性效应即使在低分辨率模型中也可以解决，因此可以解释在低分辨率模型中也如何实现“涡旋饱和度”。以上分析揭示了南极外围极流对风应力的响应的物理过程。如先前的研究中，虽然中尺度现象在确定饱和状态中起着重要作用，但“涡流饱和”本身表明非线性过程很重要。在2023财年，我们计划使用逼真的地形创建模型，以分析西风变化对南洋三维循环的影响，包括子午线循环。

项目成果

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专利数量（0）

A new hypothesis for the eddy saturation in the Antarctic Circumpolar Current

南极绕极流涡饱和的新假说

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
松田拓朗;三寺史夫
通讯作者：
三寺史夫

Initiation and termination of eddy activities in the Southern Ocean

南大洋涡旋活动的起始和终止

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Noriyuki Toji;Yukino Shibata;Shoji Tatsumoto;Yasuhiro Go;Kazuhiro Wada;Takuro Matsuta and Yukio Masumoto
通讯作者：
Takuro Matsuta and Yukio Masumoto